CN207617718U - 一种锂电池变频牵引机车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于隧道施工专用机械设备领域，特别涉及一种锂电池变频牵引机车，包含车体，控制系统，变频器，及储能模块，所述的控制系统包含与储能模块连接的储能控制模块和与机车连接的操作控制模块，所述的储能控制模块与操作控制模块相信号通讯，所述的储能模块包含设置于车体上的若干锂电池箱，设置于每个锂电池箱上的充/放电接口，串/并联接口，用于与储能控制模块连接的总出线接口；锂电池箱上还设置有控制器，及与控制器连接的加热膜、温度采集传感器和电压采集传感器。本实用新型结构简单，设计新颖、合理，使用效果好，可以满足变频牵引机车提在启动、加速、爬坡时的大电流需求，且全寿命周期成本与铅酸电池、超级电容比相对较低。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道施工专用机械设备领域，特别涉及一种锂电池变频牵引机车。
背景技术
目前隧道施工用牵引机车大多数是使用铅酸蓄电池及超级电容作为动力源的变频牵引机车。由于铅酸蓄电池充放电次数为700-800次，大电流放电会严重影响铅酸蓄电池的使用寿命，在机车的全寿命周期内需要更换新的电池组，同时铅酸蓄电池充电操作繁琐，需要增加额外维护成本，机车全寿命周期成本较高。超级电容能量密度较低，为了满足长距离隧道施工需求，只能通过增加充电桩或使用车载式充电桩来实现。增加充电桩增加了一次性投入的成本，车载式充电桩在长期震动情况下的稳定性又有待考证。
发明内容
针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种锂电池变频牵引机车，结构简单，设计新颖、合理，适应目前隧道变频机车施工需求。
按照本实用新型所提供的设计方案， 一种锂电池变频牵引机车，包含车体，控制系统，变频器，及储能模块，所述的控制系统包含与储能模块连接的储能控制模块和与机车连接的操作控制模块，所述的储能控制模块与操作控制模块相信号通讯，所述的储能模块包含设置于车体上的若干锂电池箱，设置于电池箱上的串/并联接口，用于与储能控制模块连接的总出线接口，设置于每个锂电池箱上的充/放电接口，每套锂电池两侧各设有一个充/放电接口；锂电池箱上还设置有控制器，及与控制器连接的加热膜、温度采集传感器和电压采集传感器,电池箱内部充满氮气。
上述的，每个锂电池模组包含箱体，及设置于箱体内的多个串并联连接的锂电池。
优选的，所述的箱体采用密封结构的防水电池箱。
上述的，所述的加热膜包含绝缘外膜及嵌入所述绝缘外膜内部的PTC热敏电阻，PTC热敏电阻通过电路与充电插座电连接，热敏电阻与充电插座之间的电路上串联有加热继电器。
上述的，所述的密封防水电池箱内部充有惰性保护气体。
上述的，所述的密封防水电池箱上设有多个防爆阀。
本实用新型的有益效果：
本实用新型结构简单，设计新颖、合理，锂电池功率密度介于铅酸蓄电池和超级电容之间，可以满足变频牵引机车提在启动、加速、爬坡时的大电流需求；在连续下坡或制动时，由变频器回馈的电流被锂电池有效的吸收，又保护了整车电器系统不受大电流冲击干扰；由于锂电池能量密度较大，在有限的体积限制情况下，完全可以满足长距离隧道施工要求，而不用在隧道内危险地段进行充电操作；锂电池充电时间短、充电效率高，正常使用时免维护，全寿命周期成本与铅酸电池、超级电容比相对较低，且稳定可靠，使用效果好。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为实施例中的储能控制原理图。
具体实施方式：
图中标号，标号1代表控制系统，标号2代表储能模块，标号3代表变频机车车体。
下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。
实施例，参见图1所示，一种锂电池变频牵引机车，包含车体，控制系统，变频器，及储能模块，所述的控制系统包含与储能模块连接的储能控制模块和与机车连接的操作控制模块，所述的储能控制模块与操作控制模块相信号通讯，两者之间通过通信进行数据交换，实现整车控制功能；所述的储能模块包含设置于车体上的若干锂电池箱，设置于电池箱上的串/并联接口，用于与储能控制模块连接的总出线接口，每套锂电池两侧各设有一个充/放电接口，；锂电池箱内设置有控制器，及与控制器连接的加热膜、温度采集传感器和电压采集传感器。
上述的，每个锂电池模组包含箱体，及设置于箱体内的多个串并联连接的锂电池。
优选的，所述的箱体采用密封结构的防水电池箱。
上述的，防水电池箱内充满惰性保护气体，例如氮气，隔绝助燃性气体，可以有效预防锂电池发生爆炸。
上述的，防水电池箱上设有防爆阀，检修时可以用来平衡电池箱内外气压。
上述的，所述的加热膜包含绝缘外膜及嵌入所述绝缘外膜内部的PTC热敏电阻，PTC热敏电阻通过电路与充电插座电连接，热敏电阻与充电插座之间的电路上串联有加热继电器。为了应对低温对电池性能的影响，所述的锂电池模组内装有PTC电加热模块，当环境温度低于0℃，并且使用机车充电桩或锂电池本身供给的电量进行加热，避免了锂电池在低温环境的充电。电池加热保护不仅限于上述描述的加热方式。作为变频牵引机车的储能模块，所述锂电池模组采用防护等级达到IP67的箱体，避免了高尘、高湿度的恶劣隧道施工环境对内部锂电池单体的影响。
参见图2所示，储能模块根据需求分为3个锂电池箱；储能模块上设有2个充电口，电池箱体间串并联及通信接口设置有多个，总出线正负极接口及通信接口共5个。若干锂电池单体锂电池通过串并联组合方式设于每个锂电池模组箱体内，通过分析45吨锂电池变频牵引机车设定的实际工况，隧道施工一般会存在10‰以上的坡度，变频牵引机车会出现大功率牵引输出和制动时的电流回馈问题。
根据变频牵引机车在不同工况条件下，假设45吨变频牵引机车重载以8km/h匀速行驶，持续牵引力为92kN，牵引机车需要的输出的功率为P=92×8×1000/3600/0.96≈213kW，因此选取两台110kW主电机，整个牵引系统的视在功率S=P/η/Cosφ=220/0.86/0.94=281.6kVA，辅助系统视在功率为9.3 kVA。
使用锂电池模组作为电源，锂电池储能模块需要提供290.9kVA的功率。
选取某公司的HZ.079-01-528V450Ah型锂电池储能模组，工作电压为528V，额定容量450Ah，电池单体额定电压3.2V，额定容量25Ah。
根据机车工作电压范围和最大需求电流，以及电池性能参数，推算出每组电池最小串联数目mmin=Umin/2.5=168，最大串联数目mmax=Umax/3.7=189，串联数目168P≤m≤189P；每组电池并联数目n=I/25=18S；最终选取电池的总数量为m×n=168*18=2970，即18S165P。即满足变频牵引机车提在启动、加速、爬坡时的大电流需求，且锂电池充电时间短、充电效率高，正常使用时免维护，全寿命周期成本与铅酸电池、超级电容比相对较低，且稳定可靠，使用效果好，具有较好的市场前景。
本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或者类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种锂电池变频牵引机车，包含车体，控制系统，变频器，及储能模块，所述的控制系统包含与储能模块连接的储能控制模块和与机车连接的操作控制模块，所述的储能控制模块与操作控制模块相信号通讯，其特征在于，所述的储能模块包含设置于车体上的若干锂电池箱，设置于锂电池箱上的串/并联接口，用于与储能控制模块连接的总出线接口，设置于每个锂电池箱上的充/放电接口；锂电池箱上还设置有控制器，及与控制器连接的加热膜、温度采集传感器和电压采集传感器。
2.根据权利要求1所述的锂电池变频牵引机车，其特征在于，每个锂电池箱包含箱体，及设置于箱体内的多个串并联连接的锂电池。
3.根据权利要求2所述的锂电池变频牵引机车，其特征在于，所述的箱体采用密封结构的防水电池箱。
4.根据权利要求3所述的锂电池变频牵引机车，其特征在于，所述的防水电池箱内充有惰性保护气体。
5.根据权利要求3或4所述的锂电池变频牵引机车，其特征在于，所述的防水电池箱上设置有用于检修平衡气压的防爆阀。
6.根据权利要求1所述的锂电池变频牵引机车，其特征在于，所述的加热膜包含绝缘外膜及嵌入所述绝缘外膜内部的热敏电阻，热敏电阻通过电路与充电插座电连接，热敏电阻与充电插座之间的电路上串联有加热继电器。
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| CN201721804847.0U CN207617718U (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种锂电池变频牵引机车 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111555425A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种车用双极柱双电源并联系统及控制方法 |
| CN111584957A (zh) * | 2020-05-14 | 2020-08-25 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种车用混合蓄电池系统及控制方法 |
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| CN111555425A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-18 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | 一种车用双极柱双电源并联系统及控制方法 |
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